Βιομηχανία

Το πλαστικό γρασίδι θα μπορούσε να βοηθήσει στην παραγωγή αιολικής ενέργειας, λέει η κινεζική ερευνητική ομάδα

Το πλαστικό γρασίδι θα μπορούσε να βοηθήσει στην παραγωγή αιολικής ενέργειας, λέει η κινεζική ερευνητική ομάδα

Το νέο πλαστικό γρασίδι που παράγει αιολική ενέργεια θα μπορούσε να μοιάζει με αυτό μόλις αναπτυχθεί πλήρως [Πηγή εικόνας: desalvea, Flickr]

Η Κίνα χτυπά τακτικά για το περιβαλλοντικό της ρεκόρ. Λάθος, όπως συμβαίνει. Στην πραγματικότητα, η χώρα βρίσκεται πλέον μπροστά από τις ΗΠΑ όσον αφορά την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η κινεζική καινοτομία στην καθαρή ενέργεια αποτελεί τακτική πηγή κάποιας εκπληκτικής τεχνολογίας.

Μία τέτοια εξέλιξη είναι μια μορφή «πλαστικού γρασιδιού» που μόλις αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Southwest Jiatong στο Τσενγκντού. Η ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου, με επικεφαλής τον Zhong Lin Wang, ανέπτυξε μια νέα μορφή τριβοηλεκτρικής νανογεννήτριας (TENG), μιας τεχνολογίας που μετατρέπει τη μηχανική ή / και τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι νανογεννήτριες λειτουργούν σύμφωνα με τρεις τυπικές προσεγγίσεις - πιεζοηλεκτρική, τριβοηλεκτρική και πυροηλεκτρική, από τις οποίες η τελευταία ασχολείται με τη συγκομιδή θερμικής ενέργειας και οι δύο πρώτες προσεγγίσεις συλλέγουν μηχανική ενέργεια. Τα TENG αποτελούνται από κάθετα ελεύθερες λωρίδες από λεπτό υμένιο τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου (PET), επικαλυμμένα με οξείδιο κασσιτέρου ινδίου (ITO) στη μία πλευρά και νανοσύρματα στην άλλη, επιτρέποντας έτσι στα ηλεκτρόνια να πηδούν μεταξύ των δύο υλικών, μια διαδικασία γνωστή ως το τριβοηλεκτρικό αποτέλεσμα.

Σύμφωνα με την ερευνητική μελέτη της ομάδας, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Materials, οι θεριστές αιολικής ενέργειας με βάση το TENG έχουν αναπτυχθεί αλλού. Ωστόσο, μέχρι στιγμής, παρόλο που έχουν χρησιμοποιήσει παρόμοια δόνηση μεμβράνης που προκαλείται από τον άνεμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο όταν ο άνεμος φυσούσε σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Το πρόβλημα με αυτό είναι ότι τα περισσότερα ρεύματα ανέμου δεν έχουν σταθερή κατεύθυνση και πράγματι η κατεύθυνση του ανέμου μπορεί ακόμη και να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, καθιστώντας έτσι αυτούς τους θεριστές σε μεγάλο βαθμό άχρηστες. Ο στόχος του έργου ήταν, συνεπώς, να αξιοποιήσει την ενέργεια από ακανόνιστες ριπές ανέμου, που απαντώνται συνήθως σε αστικές περιοχές, καθώς και από σταθερούς ανέμους.

Αντ 'αυτού, η έρευνα του Πανεπιστημίου Southwest Jiatong ανέπτυξε ένα πιο ευέλικτο TENG που συλλέγει ενέργεια από τον φυσικό άνεμο σε αυθαίρετες κατευθύνσεις ανέμου.

«Σε σύγκριση με μια ανεμογεννήτρια, ο τριβοηλεκτρικός νανογεννήτριας μας (TENG) είναι αποτελεσματικός στη συγκομιδή της ενέργειας από φυσικό αέρα που φυσά προς οποιαδήποτε κατεύθυνση», δήλωσε το μέλος της ομάδας Weiqing Yang, μιλώντας στο The New Scientist, προσθέτοντας ότι τα πολυμερή υλικά λεπτής μεμβράνης που χρησιμοποιούνται στη συσκευή επιτρέψτε το να είναι διαθέσιμο με χαμηλό κόστος, ενώ είναι εύκολο να κατασκευαστεί και να κλιμακωθεί.

Η επίπεδη συστοιχία κάθε TENG έχει μια δομή (μορφολογία) παρόμοια με εκείνη ενός δάσους φύκια - υποβρύχιες περιοχές στις οποίες τα φύκια φύκια ευδοκιμούν σε «δάση» υψηλής πυκνότητας που έχουν από καιρό αναγνωριστεί ως ένα από τα πιο δυναμικά οικοσυστήματα στον πλανήτη. Μέσα σε αυτήν τη μορφολογία, οι μονές λωρίδες μπορούν δυνητικά να ταλαντεύονται ανεξάρτητα, δημιουργώντας έτσι μια διαδικασία διαχωρισμού επαφής σε απόκριση στα ρεύματα ανέμου που περνούν.

Η κινεζική ομάδα χρησιμοποίησε μια κάμερα υψηλής ταχύτητας για να καταγράψει τις καταστάσεις λειτουργίας και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο γειτονικών TENGs. Οι κάθετα ελεύθερες λωρίδες πολυμερούς παρήγαγαν συχνότητα δόνησης 154 Ηζ σε απόκριση στα ρεύματα ανέμου, εξασφαλίζοντας έτσι επαρκές επίπεδο διαχωρισμού επαφής για υψηλή ηλεκτρική έξοδο. Χρησιμοποιώντας μια ταινία 10 x 2 cm που υπόκειται σε ταχύτητα ροής αέρα 27 ms-1, η ομάδα διαπίστωσε ότι δύο παρακείμενες λωρίδες που καλύπτουν μια περιοχή στον τελευταίο όροφο 2 x 0,7 cm μπορούν να παρέχουν τάση ανοιχτού κυκλώματος, ρεύμα βραχυκυκλώματος και πυκνότητα ισχύος έως 98 V, 16,3 μΑ και 2,76 Wm-2, αρκετά για να φωτίσει μια διαφήμιση.

Η ομάδα ανέπτυξε μια σειρά από TENG σε μια στέγη, αποτελούμενη από 60 λωρίδες, για να συλλέξει περισσότερη ενέργεια από τον άνεμο. Αυτό παρήγαγε πυκνότητα ισχύος έως 2,37 Wm-2, που αντιπροσωπεύει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για ταυτόχρονο φωτισμό 60 λαμπτήρων LED συνδεδεμένων σε σειρά. Σύμφωνα με ένα μέλος της ομάδας, ένας μέσος όρος σπιτιού με επιφάνεια στον τελευταίο όροφο περίπου 300 τετραγωνικών μέτρων και δέκα στρωματοποιημένα TENGs γκαζόν θα μπορούσε να προσφέρει αναμενόμενη ηλεκτρική ενέργεια 7,11 KW, που αντιστοιχεί σε πυκνότητα ισχύος 23,7 Wm-2.

Η μελέτη κατέδειξε την ικανότητα των TENGs να ενεργούν ως ουσιαστικές πηγές ενέργειας για οικιακά ηλεκτρονικά, αντιπροσωπεύοντας μια νέα μορφή ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τον άνεμο, καθώς και ένα σημαντικό βήμα προς την αυτοδύναμη ηλεκτρική τεχνολογία στο σπίτι. Μέχρι στιγμής, η συσκευή έχει δοκιμαστεί μόνο στο εργαστήριο, αλλά λειτουργεί με ελάχιστη ταχύτητα ανέμου 21 χιλιόμετρα ανά ώρα, ενώ η πιο χρήσιμη ταχύτητα ανέμου για παραγωγή ενέργειας είναι σχεδόν 100 km / h (δύναμη καταιγίδας 10).

Ένας άλλος ερευνητής που εργάζεται για τη συλλογή ενέργειας στο Πανεπιστήμιο του Campinas στο Σάο Πάολο της Βραζιλίας, ο Fernando Galembeck, εξήγησε στον The New Scientist ότι ένας τέτοιος άνεμος δεν είναι ούτε ρεαλιστικά διαθέσιμος ούτε επιθυμητός. Επιπλέον, υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος πριν αρχίσουν να εμφανίζονται αυτοί οι τύποι συσκευών στις στέγες των ανθρώπων. Ο Galembeck τονίζει επίσης ότι θα εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη για αποθήκευση ενέργειας, για τους ίδιους λόγους όπως και για άλλες μορφές αιολικής ενέργειας. Η κινεζική ομάδα ερευνά λύσεις αποθήκευσης και σχεδιάζουν επίσης να ενσωματώσουν το TENG με ηλιακούς συλλέκτες ως μέσο ενίσχυσης της απόδοσής του, ωστόσο ο Galembeck επικρίνει επίσης το οξείδιο του κασσιτέρου ινδίου, λόγω των κακών μηχανικών ιδιοτήτων, του κόστους και της τοξικότητάς του, συμβουλεύοντας ότι Περαιτέρω έρευνα πρέπει να εξερευνήσει άλλα υλικά.


Δες το βίντεο: Κανόνες εργαστηρίου Πληροφορικής (Ιούνιος 2021).